Тони Уолтхэм - Катастрофы: неистовая Земля

• Название: Катастрофы: неистовая Земля
• Автор: Тони Уолтхэм
• Издательство: Недра
• Жанр: Прочая научная литература
• Год: 1982

В популярной форме рассмотрена геология крупных катастроф: землетрясений, вулканических извержений, оползней, прорывов вод, провалов грунта и других опасных для людей явлений природы. Подробно описаны наиболее крупные катастрофы и их последствия. Автор раскрывает причины этих бедствий, как геологические, так и обусловленные деятельностью человека; описывает способы прогнозирования этих явлений; показывает, что можно предпринять для защиты от катастроф или для уменьшения причиняемых ими разрушений.

---

Венеция давно страдает от проседания. В 1902 г. обрушилась, превратившись в груду камней, колокольня собора Святого Марка. Столь полному разрушению подверглись немногие здания, но постепенно опускается большинство строений, поскольку весь город оседает. Примерно 70 % площади города в настоящее время находится на высоте чуть больше метра над средним уровнем моря, и эта территория часто подвергается затоплению. Наводнения, называемые здесь «аква альта» («высокая вода»), обусловлены совместными действиями ветра, прилива, резких колебаний уровня Адриатического моря, осадков и пониженного атмосферного давления. Самая ужасная «аква альта» отмечалась в 1966 г., когда ущерб, нанесенный городу, был оценен в 30 млн. фунтов стерлингов. Наводнения становятся все более частыми. Если на рубеже XIX и XX веков они происходили в среднем каждые пять лет, то к 1930 г. стали повторяться ежегодно, а начиная с 1960 г. — даже трижды в год. Затопление площади Святого Марка сейчас уже надо считать событием предрешенным.

Здания Венеции были построены на деревянных сваях, погруженных в дно мелководных частей лагуны. Отложения, подстилающие лагуну, представляют собой неконсолидированные материалы четвертичного возраста мощностью около 800 м, под которыми залегают еще менее плотные осадки, датированные плиоценом. Четвертичные отложения примерно на 50 % состоят из песков, на 35 % — из алевритов и на 15 % — из алевритовых глин. При таком фундаменте в морских дельтовых условиях следует ожидать проседания. В Венеции же есть множество предпосылок для этого.

Археологические исследования показали, что проседание лагунной зоны в доисторические времена местами достигало 6 м, а с древнеримских времен составило 2–3 м. Таким образом, среднее проседание в древности равнялось примерно 1 см в год — такова скорость, ожидаемая в любом дельтовом районе, где идет аккумуляция осадков. Главная дельта реки По расположена несколько южнее Венеции, и осадконакопление в этом районе вызывает изгибание слоев коренных пород под нагрузкой аккумулированных осадков. Поскольку четвертичные отложения мощностью около 800 м имеют мелководное происхождение, опускание фундамента за этот период составило, по-видимому, также около 800 м. В то же время должно было осуществляться уплотнение осадков, однако лабораторные исследования керна скважин, пробуренных под Венецией, показали, что такое первичное уплотнение существенной роли в проседании города не играет.

В XX веке скорость проседания катастрофически возросла, как показывают следующие данные о среднем опускании в год: 1926–1942 гг. — 0,23 см; 1943–1952 гг. — 0,35 см; 1953–1961 гг. — 0,50 см. Очевидно, появились какие-то новые факторы, и самым главным из них надо считать откачку грунтовых вод. Венеция всегда снабжалась водой, извлекаемой через неглубокие скважины из многочисленных водоносных горизонтов в четвертичных отложениях. Однако с начала нашего века потребность в воде существенно возросла. Начиная с 1930 г. промышленным предприятием в городе Маргера (западнее Венеции) в подстилающих лагуну осадках было пробурено более 7000 скважин. Активная откачка понизила гидростатический напор под Маргерой более чем на 18 м, а под Венецией — более чем на 7,5 м. Наибольшее уплотнение осадков произошло в интервале между глубинами 100 и 300 м, а большинство скважин в Маргере откачивали воду из водоносных горизонтов, залегающих на глубине от 200 до 300 м. К счастью для Венеции, удаление грунтовых вод не привело к слишком сильному уплотнению осадков и проседание составляет в среднем около 1,5 см на каждый метр падения артезианского напора. Для сравнения можно отметить, что в Центральной Калифорнийской долине отмечена скорость опускания в 6 раз больше, а оседание в Мехико составляет 15 см на каждый метр падения артезианского напора.

Имеются и другие факторы, обусловливающие постоянное опускание Венеции. Большую нагрузку на осадки вызвала интенсивная застройка лагунного района, развернувшаяся в XX веке. Кроме того, начиная с 1935 г. из четвертичных отложений, залегающих под дельтой реки По, добывался природный газ, пока в 1955 г. добыча его не была запрещена из-за проседания. Однако недавно было высказано предположение, что извлечение газа вызывало проседание только в районе, расположенном гораздо южнее самой Венеции.

Ко всем известным разнообразным типам проседания суши надо добавить еще повышение уровня моря. Этот процесс, происходящий во всем мире, связан с постепенным таянием полярных льдов вследствие постоянного повышения средней температуры на Земле. Подъем уровня моря эквивалентен опусканию суши на 1,5 см в столетие.

Таким образом, опускание Венеции происходит как в результате естественных процессов, так и вследствие действия гораздо более сильного фактора — извлечения воды. Последнее влияние, безусловно, может быть предотвращено. Однако только гигантское разрушительное наводнение 1966 г. подвигнуло правительство к действиям. В 1973 г. было отпущено более 200 млн. фунтов стерлингов на защитные сооружения. Другим важным результатом действий правительства было запрещение откачивать воды из горизонтов под Маргерой. Был построен акведук, подающий воду из реки Силь, протекающей к северу от города. Благодаря этому гидростатическое давление в осадках, залегающих под Венецией, стало повышаться, а проседание зи последние несколько лет значительно сократилось, но оно не остановилось, поскольку природные процессы продолжают развиваться.

Из многих выдвинутых предложений по спасению Венеции выделяются два проекта.

Один из них заключается з том, чтобы установить огромные плавучие плотины в каналах между лагуной и Адриатическим морем. При наводнении эти плотины можно закрепить и тем самым отвратить повышение уровня воды в городе. Единственным недостатком этого проекта является резкое сокращение приливно-отливной очистки каналов Венеции, что до настоящего времени спаслло город от засорения отбросами, которые просто спускаются в каналы. Поэтому в стоимость этого проекта должны входить расходы на сооружение современной очистной системы для всего города. Надо отметить, что этот план направлен на защиту от воды, а не на предотвращение проседания, которое в будущем потребует все более частого закрытия плотин, т. е. возможной изоляции лагуны.

Другой, более смелый, проект предусматривает фактическое приподнятие всего города. В дно лагуны предлагается врыть стену глубиной около 100 м и длиной 13 км, которая полностью окружала бы город. Она должна изолировать водоносные, горизонты в песчаных осадках, залегающих непосредственно под городом, от их продолжений под остальной частью лагуны, поскольку песчаные пласты, по существу, горизонтальны и подстилаются водонепроницаемыми глинами. Затем воду следует накачивать обратно в водоносные горизонты, что повысит давление поровых вод. В результате город приподнимется, поскольку осадки снова расширятся, по крайней мере до своего прежнего объема. Правда, могут возникнуть определенные трудности; например, замедление движения грунта при трении о стену может обусловить куполообразное выгибание территории города. Однако этот план все же дает лучшее решение проблемы, чем первый, и опыт Лос-Анджелеса по закачке воды показывает, что такой проект может сработать. Если же этого не произойдет, Венеция будет медленно опускаться до тех пор, пока совсем не исчезнет под водами своей знаменитой лагуны.

Город Мехико расположен весьма живописно: он раскинулся в широкой котловине с плоским дном на 2257 м выше уровня моря и окружен горами. Котловина имеет длину более 80 км и среднюю ширину 24 км. Она пересекается множеством небольших речек. Плоская форма дна котловины обусловлена мощным слоем подстилающих осадков, представленных грубозернистыми песками, перекрытыми тонкозернистыми глинами. Геологический разрез этого района имеет следующее строение.

Нижняя пачка песков и галечников прослеживается до глубины 500 м; ее обломочный материал представлен главным образом вулканическими андезитами. Эти отложения являются высокопродуктивным водоносным горизонтом. Залегающие выше две мощные пачки верхнеплейстоценовых глин сходны между собой; они представлены бентонитами, т. е. состоят главным образом из монтмориллонита с небольшой примесью других глинистых минералов, а также глинистых алевритов. Хотя все глинистые минералы имеют некоторую способность удерживать воду благодаря слабым электрическим связям, монтмориллонит проявляет это свойство сильнее всех. При увеличении в тысячи раз под электронным микроскопом можно видеть, что кристаллическая структура монтмориллонита состоит из полых трубочек, похожих на макароны, которые и придают монтмориллониту способность абсорбировать воду.

Верхний слой глины имеет среднюю пористость 88 %, а нижний — около 82 %. Другими словами, 88 % (или 7/8) верхнего слоя мягкой глины — это вода, и только 12 % —твердый минеральный материал. Тот факт, что вода в глинистых минералах связана (хотя и очень слабо), означает, что этот материал представляет собой не просто жидкую грязь, а является очень мягким, пластичным веществом. На такой породе не следовало бы строить большой город. К сожалению, все это стало известно через много лет после того, как город Мехико был построен.